电力变压器控制震动噪声的研究

摘要：在噪声控制的工程实践中，一方面从噪声源出发，选用优质高取向硅钢片，在设计、工艺和安装等诸多方面采取有效措施，尽量减少振动的产生，使噪声得到控制；另一方面从噪声的传播途径着手，采取切实可行的措施，使噪声在传播过程中得到衰减，从而达到降低噪声的目的，满足人们对变压器噪声的要求。

1 变压器噪声产生机理

变压器的噪声声源分为本体噪声和冷却系统噪声。本体噪声主要来源于硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动以及硅钢片接缝处和叠片之间存在因漏磁而产生的电磁吸引力。冷却装置的嗓声主要来源于冷却风扇和变压器油泵在运行时产生的振动以及本体的振动会通过变压器油、管接头等零件传递给冷却装置，使冷却装置的振动加剧，辐射噪声加大。

电力变压器噪声是由于变压器本体的振动和冷却系统风扇的空气流动产生的。具体来说，电力变压器噪声共有四个声源，一是铁心，二是绕组，三是油箱（包括磁屏蔽），四是冷却系统的振动共同产生的，即空载、负载和冷却系统引起的噪声之和。铁心产生噪声的原因是构成铁心的硅钢片在交变磁场的作用下，会发生微小的变化即磁致伸缩，磁致伸缩使铁心随励磁频率的变化做周期性振动。绕组产生振动的原因是电流在绕组中产生电磁力，漏磁场也能使结构件产生振动。

2 变压器本体的噪声

在变压器的噪声来源于变压器本体和冷却系统两个方面。变压器本体振动产生噪声的根源在于硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动。硅钢片接缝处和叠片之间存在着因漏磁而产乍的电磁吸引力引起铁心的振动。当绕组中有负载电流通过时，负载电流产生的漏磁通在绕组导体间产生电磁力引起绕组的振动。负载电流产生的漏磁通引起油箱壁（包括磁屏蔽等）的振动。

变压器的额定工作磁密通常取1.5～1.75T.国内外研究和试验均证明，在这样的磁密范围之内，负载电流产生的漏磁引起的绕组、箱擘的振动比硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动要小得多，也可以忽略。这就是说变压器本体的振动完伞取决于铁心的振动，而铁心的振动可以看作完全是由硅钢片的磁致伸缩引起的。

3 变压器噪声的控制方法

变压器的噪声控制方法可以分为从噪声源上降低噪声及增大噪声在传播过程中的衰减两大类。降低变压器噪声的措施有：（降低铁心磁密，在1.5～1.7 T范围内，磁密每降低0.1 T，噪声可降低1～3 dB（A）（采用磁致伸缩小的高导磁材料，选用高取向导磁硅钢片是减少磁致伸缩最有效的方法，在相同磁密下，磁致伸缩的大小还跟心柱与铁轭的接缝结构有关，铁心采用多级接缝比两级接缝空载噪声小，防止和减少硅钢片在加工、生产过程中受到的机械撞击，变压器噪声与硅钢片叠装质量密切相关，在铁心夹紧方面，应避免铁心接缝处存在尖角挠曲现象，并使得铁轭夹紧力均匀，在铁心叠片完成后，分别在铁心下部和上部接缝处涂环氧胶或聚酯胶。为了防止铁心共振，在设计低噪声变压器时，还要考虑铁心的自振频率，合理调整窗口尺寸，避开铁心的自振频带。

设计时合理分布绕组的安匝，将漏磁面积减小到最小程度，使绕组轴向力达到最小，从而减少铁心夹件受到的冲击力，铁心拉板采用低磁钢板，减少拉板和铁心夹件之间的电磁吸力，减轻相互之间碰撞的作用力，这样可以降低金属撞击噪声的强度。由于油箱磁屏蔽的磁致伸缩可引起噪声，所以油箱内尽量不使用磁屏蔽，可根据漏磁量的大小，适当增大油箱的大小，避免磁屏蔽的磁致伸缩而引起噪声异常。变压器噪声的冷却系统噪声一般高于本体噪声，合理控制冷却系统的噪声，能有效地降低变压器的噪声，在设计低噪声变压器时，尽量采用自冷式，为了满足大容量变压器散热而采用冷却器时，尽量选用低噪声的潜油泵和低转数风扇的冷却器，也可根据负荷采用双速风扇，当负荷较小时开动低速风扇，噪声可相应的降低，当负荷较大时开动高速风扇，能使自冷变压器容量提高。采用上述降低变压器噪声措施后，大型变压器噪声可降低10～20 dB（A），对于一般噪声要求的大型变压器是可以的，对于安装在居民区附近的大型变压器，变压器噪声需要降低20～40 dB（A），以上措施就无法满足要求了，所以还要采取消声措施。

4 变压器的消声措施

声的产生不可避免，通过控制变压器噪声源降低噪声是有限的。还要从噪声的传播途径考虑，使噪声在传播过程中得到衰减，以达到消声的目的。变压器制造方面的消声措施。加缓冲装置，在铁心垫脚处和磁屏蔽与箱壁之间放置防振胶垫，使铁心和磁屏蔽振动传到油箱时，由钢性连接变为弹性连接，减少振动防止共振。在铁心和油箱定位处的螺杆与受力部件之间加入绝缘层压木，防止钢性接触而发出金属撞击产生的噪声。加隔音层降低噪声。根据油箱结构可将隔音板做成若干层，钢板内放吸音材料。采取完全消声油箱的办法，能够大幅度降低变压器噪声。采用消声法降低噪声。在变压器1 m以内放置若干个噪声发声器，使它们发出的噪声与变压器发出的噪声振幅相等，相位相反，使变压器噪声受到破坏性干扰。

5 变电站方面的消声措施

由于市区内变电站与周围建筑间距离较近，且变压器发出的低频噪声随距离的增加衰减得较慢，使周围建筑的环境噪声水平很难达到45～50 dB（A）的限值，所以对变压器的外部采取消声措施也是必不可少的。从变电站方面出发，可以采取以下消声方法，设置隔音室，把变压器放在完全密封的房子里，可以有效降低噪声30～40 dB（A），在室内布置变压器时，应考虑噪声在墙面反射时可能导致噪声的增加，可以采用矿渣棉或类似的材料对墙面进行涂覆处理，增加吸声系数，使噪声明显降低。在变压器周围建隔音墙，也能大大地降低噪声水平。

6 计算机仿真研究

第一；.单通道变压器噪声抑制采用LMS算法对变压器的噪声的基频（100Hz）进行陷波消除。第二；.多通道的变压器噪声抑制。经过大量的研究以及前面的讨论，可知变压器的噪声呈现低频特性，并且不是连续谱噪声，而是孤立的线谱噪声以及主要能量集中在500Hz以下电网频率的偶数倍处，所以只要消除100Hz、200Hz、300Hz、400Hz以及500Hz处的噪声，那么对变压器的噪声的控制势必能达到令人满意的效果。下面采用多通道并联

型结构陷波器法对变压器的噪声进行控制，对变压器多个频率段噪声进行控制，对比前后两种情况可以看出变压器噪声能量比较大的几个频率处得到了明显的抑制。仔细分析在降噪后其他频率处的噪声有少量的增加，但是增加的量与消除的整个噪声相比是相当小的，所以对整个噪声控制系统的影响可以忽略。

结束语

对于大型电力变压器降低噪声而言.应不断研究和完善变压器噪声的产生和传播理论、计算模型和测试方法。在噪声控制的工程实践中.一方面从噪声源出发。选用优质高取向硅钢片.在设计、工艺和安装等诸多方面采取有效措施.尽量减少振动的产生。使噪声得到控制：另一方面从噪声的传播途径着手，采取切实町行的措施，使噪声在传播过程中得到衰减，从而达到降低噪声的目的，满足人们对变压器噪声的要求。